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专利名称：分光光度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对规定波长范围或者特定波长的透过率、反射率等样品的分光测光值进行测量的分光光度计。
背景技术：
作为对规定波长范围或者特定波长的透过率、反射率等样品的分光测光值进行测量的分光光度计，存在用于在紫外/可见光区域中对样品的吸收光谱进行测量的紫外/可见光分光光度计。代表性的紫外/可见光光分光光度计例如记载于专利文献I。在这些分光光度计中，作为光源而安装紫外区域用的氘放电管和可见光区域用的卤素灯这两种光源，根据测量波长域来切换使用这些。然而，需要用于安装两种光源的容积以及用于抑制这些容积的复杂的切换机构，从而无法避免装置整体的大形化和高成本化。因此，为了实现小型且低成本的分光光度计，例如在专利文献2中记载了一种分光光度计，即通过单一的光源来覆盖从紫外至可见光区域或者从紫外至近红外区域的宽波长范围，不需要多个光源的切换机构。作为这种光源，代表性的有Xe (氣)闪光灯。Xe闪光灯从紫外区域至近红外区域产生大致连续的发光光谱，能够通过单一的光源来覆盖紫外/可见光区域的分光测量所需的波长域。并且，发热量小于普通卤素灯，因此是有利于分光光度计的小型化的光源。另一方面，Xe闪光灯的时间发光特性与在时间上连续地发光的氘放电管、卤素灯不同，具有隔着较长无发光期间而反复间歇地进行持续时间短的脉冲状的发光这样的特征。Xe闪光灯的发光量作为脉冲状的发光期间的峰值大于氘放电管、卤素灯，但是作为对多次发光进行平均得到的每个单位时间的平均光量小于这些光源。因此，在安装了氘放电管和卤素灯两者的分光光度计中，仅将光源部分直接替换为Xe闪光灯，难以保持在以往的分光测量中确保的S/N比。因此，在专利文献2中记载了以下技术鉴于这样间歇地发光的光源的时间发光特性，仅在光源的有效发光期间内取入光检测器的输出信号而在无发光期间内不取入光检测器的输出信号，由此改善S/N比。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开昭61-53527号公报专利文献2 :美国专利第3，810，696号说明书

发明内容
发明要解决的问题Xe闪光灯的代表性时间发光特性的脉冲状的发光峰值的半值全宽度大约为500ns左右，通常该脉冲状发光大约以2(Tl00Hz左右反复进行。以该时间发光特性为前提，如专利文献2那样，为了仅在脉冲状的发光峰值的半值全宽度相当的有效发光期间内取入光检测器的输出信号，对信号处理电路大致要求IOMHz左右的响应频带。然而，当这样将信号处理电路进行宽频带化时，产生耐噪声性能下降、在放大信号时难以得到大增益这种问题。并且，在使用带复位电路的积分电路的情况下，容易受到来自复位用开关的不需要流入电流的影响，产生因高速开关而产生噪声等缺点。并且，Xe闪光灯的时间发光波形通常相对于峰值时刻是前后非对称的，具有超过峰值之后直到发光量变为零为止拉长时间末端这种特征。在这种时间发光波形中仅利用峰值周边的半值全宽度相当的时间幅度的发光量的情况下，与全发光量对应的利用效率低，无法优化改善S/N比的效果。因此，即使在使用Xe闪光灯作为光源的情况下，也难以充分提闻S/N比。本发明的目的在于，实现能够改善以Xe闪光灯为代表的间歇发光光源的发光量的利用效率而得到良好的S/N比的分光光度计以及分光测量方法。用于解决问题的方案为了达到上述目的，本发明具有以下结构。对来自隔着无发光期间而间歇地发光的光源的光进行分光来取出单色光，将取出的单色光照射到样品，将通过的单色光的强度转换为电信号，将上述电信号的时间幅度扩展至比上述光源的一次发光的时间发光曲线的半值宽度长的时间幅度，根据扩展后的时间幅度的信号来算出上述样品的光学特性。发明的效果根据本发明，不使信号处理电路的耐噪声性能劣化、并且能够优化间歇地发光的光源的发光量的利用效率而得到良好的S/N比。


图I是本发明的实施例I的分光光度计的概要结构图。图2A是说明Xe闪光灯的时间发光特性的图。图2B是说明Xe闪光灯的时间发光特性的图。图3是本发明的实施例2的分光光度计的概要结构图。图4是表示本发明的实施例2的变形例的图。图5是本发明的实施例3的分光光度计的概要结构图。
具体实施例方式下面，使用

本发明的实施方式。实施例I图I是作为本发明的实施例I的分光光度计的概要结构图。在实施例I中，是用于测量样品的分光测光值的光束的数量为一个单束方式的分光光度计的例子。在图I中，在光源I中使用Xe闪光灯。使用从光源用电源2提供的光源驱动电流来点亮光源I。图2A是表示Xe闪光灯的代表性时间发光特性波形的图，图2B是表示来自光源用电源2的光源驱动电流与光源I的时间发光特性的关系的图。在图2A和图2B中，光源I的脉冲状发光峰值的半值全宽度大约为500ns。
在图I中，从光源I发出的光入射到单色仪10。单色仪10被控制为通过根据计算机30的指令来进行动作的波长控制机构11使测量波长λ nm的单色光朝向样品7出射。能够在从200nm至IlOOnm的波长范围内选择测量波长λ。透过了样品7的光在光检测器20中被转换为电信号。在光检测器20中使用硅光电二极管，但是也可以是光电子倍增管、其它检测原理的光检测器。光检测器20的输出信号被导入到信号处理电路23。信号处理电路23的初级由低通滤波器24构成。在此，如图2Α所示，Xe闪光灯的时间发光曲线能够视作在脉冲状发光到达峰值而超过拐点之后大致按照指数函数衰减。即，当将脉冲状发光到达峰值之后的拐点的位置设为时间轴的原点t=o时,使用以下式(I)来表不发光信号波形Itl (t)。[式I]I0 (t) =e_kot其中，在式(I)中，k是从该灯的特性得到的常数。其中，为了使以后的计算更简单，将脉冲状发光的上述拐点的值设为I。能够视作通过光检测器20捕捉Xe闪光灯所得的发光的信号波形通过低通滤波器24之后得到的信号波形也在到达峰值并超过拐点之后，大致以以下式(2)的方式衰减。在式(2)中，P是比例常数。[式2]I (t) =p · e_kt此时，大约O. 7/k相当于到发出信号波形I (t)取峰值的半值为止的经过时间、即低通滤波器24的时间常数。当考虑峰值波形整体的信号量的总和不变化、即增益=1的低通滤波器时，根据按照t=(T无限大而对式(I)进行积分的结果，成为p=k，因此式(2)成为以下式(3)。[式3]I (t) =k · e_kt在此，对通过低通滤波器24之后的信号到达峰值而超过拐点之后的区域内的S/N比进行评价。只要不是必须考虑散粒噪声的微弱光，噪声成分的瞬时值的平均可以与光量无关地是固定的，因此在将I (t)从t=0至t=T为止进行积分得到的值设为信号S的情况下，与该信号S对应的噪声N的积分时间幅度τ比低通滤波器的时间常数1/k长，因此当视作大致与k和积分时间幅度τ的积的平方根成正比时，成为以下式(4)、(5)。[式4]5 = Γ I(I)Jl
Jo[式5]N= α · (k τ ) 1/2当作为这些比求出S/N比时，成为以下式(6)。[式6]S/N 比=(l_e )/{ ( α · (k τ ) 1/2}在用τ对式(6)进行微分得到的值成为O的时刻，式(6)变得最大。此时，成为以下式(7)。
[式7]2k τ +l=ekT在kT大约为1.25时满足式(7)，因此大致根据I. 25/k，能够得出使S/N比最大化的积分时间τ。关于此时的S/N比的最大值，根据式6可知，如果kT为固定，则与k的值无关地取固定的值。S卩，将适合于构成信号处理电路的时间常数设为O. 7/k，与该k 一致地按照τ =1. 25/k的积分时间对低通滤波器24的信号进行积分而使用，由此能够始终以优化了的S/N比来得到测光值。例如，在时间常数=10 μ s时，设为积分时间=18 μ s即可。但是，该积分时间是Xe闪光灯的时间发光曲线或者使其信号波形通过低通滤波器24之后得到的信号波形到达峰值而超过拐点之后的区域相关的积分。实际的积分处理需要从之前的Xe闪光灯的发光开始时刻起开始，因此需要加上从发光开始起到达峰值而至拐点为止的时间，在时间常数=10 μ s的情况下，例如，将积分时间设定为25 μ S。根据这些结果，在实施例I中将低通滤波器24的时间常数设为10μ S。此时的响应频带最高为100kHz，与响应于Xe闪光灯的时间发光曲线的宽频带的信号处理电路相比，有利于在耐噪声性能、信号放大时确保大增益。该低通滤波器24同时还具有信号放大作用。关于上述积分处理，能够通过在信号处理电路中的低通滤波器24的后级设置积分电路来实现，也能够通过在放大低通滤波器24的输出信号之后使用Α/D转换器来转换为数字数据，通过数字加法处理来实现。在本实施例I中，低通滤波器24的输出信号通过放大器25被放大至充分的信号电压之后，通过Α/D转换器26转换为数字数据，被取入到计算机30。将由Α/D转换器26将输入信号转换为数字数据的采样周期设为I μ S。Α/D转换器26按照设定为与低通滤波器24的时间常数大致相等或者比该时间常数短的采样间隔，大致周期性地将信号处理电路23的输出信号转换为数字量。在计算机(光学特性计算单元)30中使用将光源I的每一次脉冲状发光加上发光开始后25 μ s期间产生的数字数据的结果，算出与样品7有关的分光测光值、例如透过率、吸光度等光学特性。S卩，在将25 μ s期间产生的25个数字数据设为D0 D24时，使用以下式(8)示出的相加结果。[式8]
权利要求
1.提供一种分光光度计，其特征在于，具备 光源(I)，其隔着无发光期间而间歇地发光； 单色仪(10)，其对来自上述光源(I)的光进行分光而取出单色光； 第一光检测器(20)，其将由上述单色仪(10)取出的单色光被照射到样品并通过的单色光的强度转换为电信号； 第一信号处理单元(23)，其具有时间幅度扩展单元(24)，该时间幅度扩展单元(24)具有比上述光源(I)的一次发光的时间发光曲线的半值幅度长的时间常数，扩展从上述光检测器(20)输出的信号的时间幅度；以及 光学特性计算单元(30)，其根据从上述信号处理单元(23)输出的信号，算出上述样品的光学特性。
2.根据权利要求I所述的分光光度计，其特征在于， 上述时间幅度扩展单元(24 )是低通滤波器，上述信号处理单元(23 )具有放大器(25 )，该放大器(25 )对从上述低通滤波器输出的信号进行放大。
3.根据权利要求2所述的分光光度计，其特征在于， 具备第一 A/D转换器(26)，该第一 A/D转换器(26)对由上述信号处理单元(23)的放大器(25)放大的信号进行AD转换，上述光学特性计算单元(30)根据通过该第一 A/D转换器(26)转换为数字数据的信号来算出上述样品的光学特性。
4.根据权利要求3所述的分光光度计，其特征在于， 上述低通滤波器(24)的时间常数是在上述光源的一次发光的时间发光曲线中与从发光开始起在发光强度到达峰值之后衰减到第一规定强度以下为止的时间幅度对应的值。
5.根据权利要求3所述的分光光度计，其特征在于， 上述A/D转换器(26)按照设定为与上述低通滤波器(24)的时间常数大致同等或者比该时间常数短的采样间隔，大致周期性地将上述信号处理单元(23)的输出信号转换为数字量。
6.根据权利要求5所述的分光光度计，其特征在于， 上述光学特性计算单元(30)使用在上述光源(I)的一次发光的时间发光曲线中从发光开始到衰减至发光强度到达峰值后的第二规定强度以下为止的期间内包含的采样时刻所得到的一系列数字数据，算出上述样品的光学特性。
7.根据权利要求6所述的分光光度计，其特征在于， 上述光学特性计算单元(30 )在根据上述一系列数字数据算出上述样品的光学特性时，以信号强度越大的数字数据更有助于算出测光值的方式，将各个数字数据乘以预先确定的加权系数，从而算出上述样品的光学特性。
8.根据权利要求7所述的分光光度计，其特征在于， 应用于上述一系列数字数据中的各个数据的加权系数被决定为与在上述光源的一次发光的时间发光曲线中与上述各个数据的采样时刻对应时刻所对应的发光强度成正比。
9.根据权利要求3所述的分光光度计，其特征在于， 上述信号处理单元(23)在上述低通滤波器(24)的后级具有积分电路、清除在该积分电路中累积的电荷的复位电路，上述积分电路在与在上述光源的一次发光的时间发光曲线中从发光开始起在发光强度到达峰值之后衰减至第二规定强度以下为止的期间对应的积分时间内对通过了上述低通滤波器(24)的电信号进行积分，上述A/D转换器(26)在紧接着上述积分时间结束之后将与在上述积分电路中累积的电荷量对应的电信号转换为数字数据之后，上述复位电路清除在上述积分电路中累积的电荷。
10.根据权利要求3所述的分光光度计，其特征在于，具备 第二光检测器(21)，使从上述单色仪(10)出射的单色光的一部分分支并作为第二光束而取出，直接或者在通过参照用样品之后提供给第二光检测器(21); 第二信号处理电路(27)，其用于对上述第二光检测器(21)的输出信号进行处理，与上述信号处理单元(23)大致同等；以及 第二 A/D转换器(28)，其将上述第二信号处理单元(27)的输出信号转换为数字数据，其中 上述光学特性计算单元(30 )根据从上述第一 A/D转换器(26 )和第二 A/D转换器(28 )得到的数字数据算出上述样品的光学特性。
11.根据权利要求10所述的分光光度计，其特征在于， 上述光学特性计算单元(30)将从上述第一 A/D转换器(26)得到的一系列数字数据中的各个数据乘以被决定为与在与各个数据的采样时刻同一时刻从上述第二 A/D转换器(28)得到的数字数据的强度成正比的加权系数，来算出上述样品的光学特性。
12.根据权利要求3所述的分光光度计，其特征在于，具备 光束分离器(12)，其配置在上述光源(I)的后边； 第二光检测器(21)，通过上述光束分离器(12)使从上述光源(I)发出的光的一部分分支，作为第二光束而提供给第二光检测器(21)； 第二信号处理电路(27)，其用于对上述第二光检测器(21)的输出信号进行处理，与第一信号处理单元(23)大致同等；以及 第二 A/D转换器(28)，其与上述第一 A/D转换器(26)大致同等，其中上述光学特性计算单元(30 )根据从上述第一和第二 A/D转换器(26、28 )得到的数字数据的组算出上述样品的光学特性。
13.根据权利要求3所述的分光光度计，其特征在于，具备 光束分离器(12)，其配置在上述光源(I)的后边； 第二光检测器(21 )，通过上述光束分离器(12)使从上述光源(I)发出的光的一部分分支，作为第二光束而提供给第二光检测器(21)； 第二信号处理电路(27)，其用于对上述第二光检测器(21)的输出信号进行处理，与第一信号处理单元(23)大致同等；以及 第二 A/D转换器(28)，其与上述第一 A/D转换器(26)大致同等，其中上述光学特性计算单元(30)将从上述第一 A/D转换器(26)得到的一系列数字数据中的各个数据乘以被决定为与在与上述各个数据的采样时刻同一时刻从上述第二 A/D转换器(28)得到的数字数据强度成正比的加权系数，算出上述样品的光学特性。
14.一种光测量装置，具有光学系统，其具有隔着无发光期间而间歇地发光的光源(I);光检测器(20)，其检测从上述光源(I)发出的光；光信号处理电路(23)，其对上述光检测器(20)的输出信号进行处理，其特征在于， 具备具有比上述光源(I)的一次发光的时间发光曲线的半值宽度长的时间常数的低通滤波器(24)，通过上述低通滤波器(24)仅使上述光检测器(20)的输出信号中的低频成分通过，提供给上述光信号处理电路(23 )。
15.根据权利要求14所述的光测量装置，其特征在于， 在上述低通滤波器(24)的后边，具备积分电路、清除在积分电路中累积的电荷的复位电路，上述积分电路在与在上述光源的一次发光的时间发光曲线中从发光开始起发光强度到达峰值之后衰减至规定强度以下为止的期间对应的积分时间内对通过了上述低通滤波器的电信号进行积分。
16.—种分光测量方法,其特征在于， 对来自隔着无发光期间而间歇地发光的光源的光进行分光来取出单色光， 将由上述单色仪取出的单色光照射到样品，将所通过的单色光的强度转换为电信号，将上述电信号的时间幅度扩展为比上述光源的一次发光的时间发光曲线的半值宽度长的时间幅度， 根据上述扩展后的时间幅度的信号，算出上述样品的光学特性。
全文摘要
本发明实现改善以Xe闪光灯为代表的间歇发光光源的发光量的利用效率、能够得到良好的S/N比的分光光度计。通过单色仪(10)选择来自作为宽波长范围的单一光源的Xe闪光灯(1)的光中的期望的波长光，使其通过样品(7)，通过光检测器(21、22)进行检测，提供给信号处理电路(23)的低通滤波器(24)。通过将Xe闪光灯(1)的发光光度从峰值至成为半值为止的经过时间设为时间常数的延迟单元等作为时间幅度扩展单元的低通滤波器(24)，在期间上扩展来自光检测器(21、22)的输出信号的波形。扩展后的期间的波形信号经由放大器(25)、A/D转换电路(26)被提供给计算机(30)。由于能够利用扩展后的期间的波形信号，所以能够提高对全发光光量的利用效率，能够优化S/N比的改善效果。
文档编号G01J3/02GK102933943SQ20118002775
公开日2013年2月13日 申请日期2011年5月31日 优先权日2010年6月9日
发明者松井繁, 栗本大辅 申请人:株式会社日立高新技术